一种自移动设备的测距传感器及自移动设备的制作方法

1.本公开涉及自移动设备领域，具体而言涉及一种自移动设备的测距传感器及自移动设备。


背景技术：

2.自移动设备是指不需要人为干预即可进行一定范围内行走和工作的设备。
3.自移动设备在移动过程中要对周围的环境进行感知，建立地图及导航。因此，自移动设备必须配置一个有效的传感器来进行障碍物测距、建立地图及避障。


技术实现要素：

4.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本公开的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
5.第一方面，本公开实施例提供了一种自移动设备的测距传感器，包括：激光收发部，所述激光收发部设置于自移动设备的主体上，用于发射和接收测距光线；旋转反射部，所述旋转反射部位于所述激光收发部发射的测距光线的光路上，且所述旋转反射部相对于所述激光收发部旋转，用于将所述激光收发部发射的测距光线以不同的出射角射出，以及将被所述障碍物反射回来的测距光线反射回所述激光收发部；处理器，用于控制所述激光收发部发射和接收测距光线以及所述旋转反射部的旋转，并对所述激光收发部接收的测距光线进行处理得到所述障碍物的距离。
6.可选地，所述旋转反射部包括与所述激光收发部相对设置的反射机构，以及与所述反射机构连接的转动机构；所述反射机构设有至少一个反射面，所述转动机构能够带动所述反射机构的反射面绕旋转轴旋转，以使所述激光收发部发射的测距光线经由其中一个所述反射面的反射后形成不同出射角。
7.可选地，所述反射面的数量为一个，所述旋转轴与所述激光收发部发射的测距光线的光路相垂直，所述反射面与所述旋转轴相平行。
8.可选地，所述反射面的数量为两个以上且环绕所述旋转轴设置，所述旋转轴与所述激光收发部发射的测距光线的光路相垂直。
9.可选地，其中一个所述反射面与所述旋转轴相平行，其他反射面与所述旋转轴呈夹角设置。
10.可选地，所述激光收发部发射的测距光线的光路与水平方向相平行，所述旋转轴沿竖直方向设置。
11.可选地，所述激光收发部设置于所述自移动设备主体的侧面。
12.可选地，所述激光收发部的光源为线光源。
13.第二方面，本公开实施例提供了一种自移动设备，包括上述自移动设备的测距传
感器。
14.可选地，所述自移动设备为扫地机器人、拖地机器人、地面抛光机器人或除草机器人。
15.根据本公开实施例所提供的一种自移动设备的测距传感器及自移动设备，该测距传感器的旋转反射部能够将激光收发部发射的测距光线以不同的出射角射出，从而能够增加激光收发部发射的测距光线的辐射范围，即增加了测距传感器的感测区域，进而提高了自移动设备的建立地图及导航避障的准确性。
附图说明
16.本公开的下列附图在此作为本公开实施例的一部分用于理解本公开。附图中示出了本公开的实施例及其描述，用来解释本公开的原理。
17.附图中：
18.图1为根据本公开的一个可选实施例的自移动设备的测距传感器的结构示意图；
19.图2为根据本公开的一个可选实施例的清洁机器人的立体示意图；
20.图3为图2的仰视示意图；
21.图4为图2的电路原理图；
22.图5为图1沿顺时针旋转方向旋转的俯视图；
23.图6为图1沿逆时针旋转方向旋转的俯视图；
24.图7为根据本公开的另一个可选实施例的自移动设备的测距传感器的结构示意图；
25.图8为图7沿顺时针方向或逆时针防线旋转的侧视图；以及
26.图9为根据本公开的另一个可选实施例的转动机构的结构示意图。
27.附图标记说明
28.1-测距传感器，11-激光收发部，111-激光发射器，112-激光接收器，12-旋转反射部，121-反射机构，1211-反射面，122-转动机构，1221-电机连接板，1222-电机，1223-转盘，13-旋转轴，2-主体，21-上表面，22-侧面，23-下表面，3-行走单元，31-驱动轮，32-导向轮，4-毛刷，5-传感器单元，51-红外传感器，52-超声波传感器，6-机器人控制器，7-机器人通信单元，8-电池，9-充电单元。
具体实施方式
29.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
30.应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本公开的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
31.现在，将参照附图更详细地描述根据本公开的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本公开的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。
32.第一方面，如图1所示，本公开实施例提供了一种自移动设备的测距传感器1，包括：激光收发部11，激光收发部11设置于自移动设备的主体2上，用于发射和接收测距光线；旋转反射部12，旋转反射部12位于激光收发部11发射的测距光线的光路上，且旋转反射部12相对于激光收发部11旋转，用于将激光收发部11发射的测距光线以不同的出射角射出，以及将被障碍物反射回来的测距光线反射回激光收发部11；处理器，用于控制激光收发部11发射和接收测距光线以及旋转反射部的旋转，并对激光收发部11接收的测距光线进行处理得到障碍物的距离。
33.根据本公开实施例所提供的自移动设备的测距传感器1，激光收发部11可以固定设置在自移动设备的主体2上，通过旋转反射部12，可以实现测距光线向多个角度发射，从而实现对自移动设备周围多个方向障碍物的测量。另外，由于激光收发部固定设置在自移动设备上，可以有效简化测距传感器的结构。例如，常规测距传感器中，需要通过高速旋转激光收发部实现测距光线出射方向的改变，从而实现测距传感器有大角度的探测区域。但该种设置方案需要激光收发部的配置单元同样进行高速旋转或该配置单元可以与激光收发部进行无线通讯。因此，常规测距传感器需要较负责的内部机构和较高的制造成本。本公开实施例所提供的测距传感器可以有效解决以上问题。
34.根据本公开实施例所提供的自移动设备的测距传感器1可以固定设置在自移动设备的主体2的顶部，还可以设置在自移动设备的主体2的侧部。具体地，在测距传感器1设置在自移动设备的主体2侧部的情况下，测距传感器1可设置多个，从而可检测自移动设备周围各个方向的障碍物，实现全方位的障碍物的检测，其中，每个测距传感器1的旋转反射部12可以旋转360
°
，也可以仅在特定角度范围内进行旋转，以避免在旋转过程中与主体2发生干涉。在测距传感器1设置在自移动设备的主体2的顶部的情况下，测距传感器1可以仅设置一个，该测距传感器1的旋转反射部12旋转360
°
，从而可检测自移动设备周围各个方向的障碍物，实现全方位的障碍物的检测，该种设置方式相对与多个测距传感器1设置在主体2侧部的设置方式，减少了测距传感器1的数量，简化了自移动设备的结构，便于制作和装配。
35.其中，自移动设备可为扫地机器人、拖地机器人、地面抛光机器人或除草机器人。清洁机器人可以为家庭室内清洁、大型场所清洁等。具体地，如图2、图3和图4所示，以扫地机器人为例，扫地机器人包括主体2、电池、传感器单元5、机器人控制器6、电池8、机器人存储器10、机器人通信单元7、清扫件和充电单元10等。
36.需要说明的是，扫地机器人还可以包括图1和图2未示出的其他模块或组件，或者，可以仅包括上述部分模块或组件，本公开的实施例对此不作限定，仅以上述扫地机器人为例进行说明。
37.主体2可为圆形结构、方形结构或者d字形结构。在本公开实施例中，以主体2为圆形结构为例进行说明。如图2所示，主体2呈扁平的圆柱结构，主体2的轴线沿竖直方向延伸，主体2包括沿其轴线方向延伸的侧面22、位于侧面22上方的上表面21，以及位于侧面22下方的下表面23。
38.如图3所示，清扫件用于对地面进行清扫，清扫件可包括至少一个毛刷4，毛刷4可以是以滚轮型相对于接触面转动的鼓形转刷。毛刷4设置在主体2的底部，在主体2内部设有与毛刷4连接的驱动电机，驱动电机可带动毛刷4旋转，在扫地机器人前进过程中，毛刷4将位于其前方的垃圾清扫到尘盒入口，位于尘盒入口处的垃圾进一步通过设置在尘盒后方的风机所产生的吸力而进入尘盒内。
39.如图3所示，行走单元3为与清洁机器人的移动相关的部件，行走单元3用于驱动扫地机器人的前进或后退。在一些实施例中，行走单元3包括一对安装在主体2的底部的中间两侧的驱动轮31，驱动轮31用于驱动扫地机器人前进或后退。在一些实施例中，行走单元3还可以包括设置在主体2前部的导向轮32，导向轮32用于改变扫地机器人在行进过程中的行驶方向。
40.如图4所示，机器人控制器6设置在主体2内部，用于控制清洁机器人执行具体操作。该机器人控制器6例如可以为中央处理器(central processing unit，cpu)、或微处理器(microprocesspor)等。机器人控制器6与电池8、机器人存储器10、行走单元3、传感器单元5等部件电连接，以对这些部件进行控制。
41.电池8设置在主体2内部，电池8用于为清洁机器人提供电力。
42.清洁机器人的主体2上还设有充电单元9，该充电单元9用于从外部设备获取电力，从而向清洁机器人的电池进行充电。
43.机器人存储器10设置在主体2上，机器人存储器10上存储有程序，该程序被机器人控制器执行时实现相应的操作。机器人存储器10还用于存储供清洁机器人使用的参数。其中，机器人存储器10包括但不限于磁盘存储器、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)、光学存储器等。
44.机器人通信单元7设置在主体2上，机器人通信单元7用于让清洁机器人和外部设备进行通信，机器人通信单元7包括但不限于无线保真(wireless-fidelity，wifi)通信模块和短距离通信模块等。
45.在清洁机器人的主体2上设置的传感器单元5包括各种类型的传感器，例如红外传感器51和超声波传感器52等，用于检测清洁机器人周围的外部环境以及自动清洁机器人自身的位姿等。
46.具体来说，在本实施例中，测距传感器1的激光收发部11在处理器的控制下发射和接收测距光线。更具体来说，激光收发部11中包括与处理器直接连接或者间接连接的激光发射器111和激光接收器112，其中，激光发射器111在处理器的控制下发射测距激光；激光接收器112用于接收将旋转反射部12反射回来的测距光线。
47.在具体应用中，当测距传感器1开始感测时，处理器发送控制指令至激光发射器111中，开启激光发射器111进行工作，发射测距光线，并通过旋转反射部12将该测距光线反射后发出。在本公开实施例中，激光发射器111所发出的激光可以是激光脉冲在该测距光线照射在障碍物上时，该测距光线被障碍物反射回旋转反射部12上，最后经由旋转反射部12反射给激光接收器112，再将接收到的测距光线信息发送至处理器中进行处理。在本公开实施例中，激光接收器112在接收到反射回的测距激光后，可以将该光信号转化为电信号，通过对电信号进行分析计算出障碍物与自移动设备之间的距离。在测距传感器1的感测过程中，旋转反射部12也在相对于激光收发部11进行旋转，从而改变激光发射器111发射的测距
光线在旋转反射部12的入射角，进而该测距光线在旋转反射部12的反射角也随着入射角的改变而改变，也就是说测距光线从旋转反射部12反射后的出射角度也随着入射角的改变而改变，这样就可使测距光线以不同的出射角射出，从而能够增加激光收发部11发射的测距光线的辐射范围，即增加了测距传感器1的感测区域，进而提高了扫地机器人的建立地图及导航避障的准确性。当然，在本实施例中，对激光收发部具体型号不做限定，只要能实现本公开实施例的目的，都包括在本实施例的内容中。
48.因此，本公开实施例所提供的一种自移动设备的测距传感器1，该测距传感器1的旋转反射部12能够将激光收发部11发射的测距光线以不同的出射角射出，从而能够增加激光收发部11发射的测距光线的辐射范围，即增加了测距传感器1的感测区域，进而提高了扫地机器人的建立地图及导航避障的准确性。
49.具体地，如图1及图9所示，在一种可实现方式中，旋转反射部12包括与激光收发部11相对设置的反射机构121，以及与反射机构121连接的转动机构122；反射机构121设有至少一个反射面1211，转动机构122能够带动反射机构121的反射面1211绕旋转轴13旋转，以使激光收发部11发射的测距光线经由其中一个反射面1211的反射后形成不同出射角。
50.其中，如图9所示，转动机构122包括电机1222、电机连接板1221及转盘1223，电机连接板1221安装在自移动设备的主体2上，电机1222的机壳安装在电机连接板1221上，电机1222的输出轴用销钉固紧在转盘1223的连接柱上，反射机构121安装在该转盘1223上，这样电机1222的输出轴的轴向与旋转轴13同向，从而通过设置电机1222的输出轴的轴向的安装角度就可完成旋转轴13的设置角度，进而方便工作人员对旋转反射部12的安装。其中，电机1222可采用现有的任意种类电机，本实施例不做严格限定。
51.进一步地，在电机1222上可安装编码器(图中未示出)，编码器可与机器人主控器连接，从而通过编码器获取编码数据，机器人控制器6根据该编码数据计算出电机1222的输出轴的旋转角度，也就是转盘1223上的反射机构121的旋转角度，再将反射机构121的旋转角度及相应的时间存储在机器人存储器10中，以便工作人员所需时进行查询。
52.在旋转反射部12的工作过程中，如图1所示，转动机构122可以带动反射机构121的反射面1211顺时针或逆时针旋转，本公开实施例不做限制。另外，通过调整反射面1211的转动角度，可以实现测距传感器探测探测区域角度的调整。
53.针对反射面1211的设置可采用多种设置方式，现针对反射面1211的设置进行详细阐述。
54.在一种可实现方式中，如图1所示，反射面1211的数量为一个，旋转轴13与激光收发部11发射的测距光线的光路可以相垂直，反射面1211与旋转轴13可以相平行。
55.具体如图1所示，旋转轴13与激光收发部11发射的测距光线的光路相垂直，反射面1211与旋转轴13相平行，从而可实现经由反射面1211反射的光线均在与旋转轴13相垂直的平面上。这样在具体应用中，将激光收发部11发射的测距光线的光路与水平方向相平行，旋转轴13沿竖直方向设置，从而在自移动设备工作的过程中，由反射面1211反射后的测距光线均在水平方向上，这样就可实现自移动设备的测距装置在水平视场角的扩展。具体地，采用上述实现方式中的转动机构122的结构，在设置时，保证电机1222的输出轴的轴向在竖直方向即可实现旋转轴13沿竖直方向设置，方便了测距装置的安装。
56.如图5和图6所示，当反射面1211旋转至不同方向时，可以将激光收发部1211所发
出的测距光线以不同角度反射，从而实现在激光收发部静止不动的情况下，激光收发部所发出的测距光线以不同角度出射，实现对周围不同方向障碍物的测距。
57.在另一种可实现的方式中，如图7及图8所示，反射面1211的数量为两个以上且环绕旋转轴13设置，旋转轴13与激光收发部11发射的测距光线的光路相垂直。与上个可实现的方式相比，增加了反射面1211的数量，从而可在逆时针或顺时针旋转的过程中，均有反射面1211与激光收发部11相对来进行测距光线的反射，从而提高测距装置的工作效率及准确性。
58.进一步地，在一些可实现的方式中，上述实施例中的其中一个反射面1211与旋转轴13相平行，其他反射面1211与旋转轴13呈夹角设置。
59.一个反射面1211与旋转轴13相平行，其他反射面1211由与旋转轴13呈夹角设置，这样既经由反射机构121反射的测距光线在与旋转轴13相垂直的平面上，也可在与旋转轴13相平行或呈角度的平面上，从而使测距光线增加更多的出射角度。这样在具体应用中，将激光收发部11发射的测距光线的光路与水平方向相平行，旋转轴13沿垂直方向设置，从而在自移动设备工作的过程中，由反射面1211反射后的测距光线在水平方向或垂直方向上，这样就可实现自移动设备的测距装置在水平和垂直视场角的扩展；示例性的，以两个反射面1211为例，一个反射面1211与旋转轴13平行设置，另一个反射面1211与旋转轴13呈夹角设置，如图7所示，在转动机构122带动与旋转轴13平行设置的反射面1211与激光收发部11相对时，反射面1211反射的测距光线在水平方向上，这样可实现自移动设备的测距装置在水平视场角的扩展；如图8所示，在转动机构122带动与旋转成夹角设置的反射面1211与激光收发部11相对时，反射面1211反射的测距光线以一定的出射角度向下射出，这样反射后的测距光线可照射在低于测距装置的区域，甚至是地面，从而该实现方式中的测距装置可对低于测距装置的区域进行感测，例如可感测到地面的坑洼及悬崖，或者低于测距装置安装位置的障碍物等，进而提高了自移动设备的建立地图及导航避障的准确性。在本公开其他实施例中，当发射面1211的数量为两个以上时，其中一个反射面1211可以设置为与旋转轴13平行，其他发射面1211可以与旋转轴13呈夹角设置。在该种设置下，可以实现对高于自移动设备，例如悬空障碍物的检测。除此以外，为增加测距传感器在垂直方向的视场角，还可以根据实际情况设置多个反射面1211，例如与旋转轴平行用于实现水平方向障碍物测量的反射面，与旋转轴具有一定夹角分别用于实现悬空障碍物和低矮障碍物测量的反射面等。
60.具体地，采用上述实现方式中的转动机构122的结构，在设置时，保证电机1222的输出轴的轴向在竖直方向即可实现旋转轴13沿竖直方向设置，方便了测距装置的安装。
61.在测距光线感测的过程中，旋转轴13的旋转角度为360
°
，从而使各个反射面1211均能够与激光收发部11发射的测距光线相对，旋转方向为顺时针或逆时针均可，不做严格限定。
62.进一步地，如图2所示，激光收发部11设置于自移动设备主体2的侧面22。
63.激光收发部11设置在主体2的侧面22，这样机器人在行进的过程中，在主体2上方的障碍物不会阻挡该测距装置，进而不会卡住该测距装置，并且可以感测高度低于主体2的上表面21的障碍物。
64.激光收发部11的光源为线光源。其中，线光源可采用大功率高亮led，通过特殊透
镜形成一条高亮度、高均匀性的光带。线光源体积小、亮度高，确保高输出的同时，实现结构紧凑化设计。并且采用了抑制光源扩散的设计，使得因为距离产生的亮度变化较小，从而保证激光收发部11接收的测距光线的强度，进而提高了感测的准确性。当然，激光收发部11还可采用其他种类的光源，例如点光源，具体地，光源可为水平腔面或垂直腔面等类型的激光二极管，进一步地，点光源还配置有相应的光线准直透镜，以提高光源的准直度。
65.第二方面，如图2、图3及图4所示，本公开另一实施例提供了一种自移动设备，包括上述自移动设备的测距传感器1。
66.可选地，自移动设备为扫地机器人、拖地机器人、地面抛光机器人或除草机器人。
67.需要说明的实，本实施例中所涉及的测距传感器1可采用上述实施例中的测距传感器1，具体的实现和工作原理可参见上述实施例中相应的内容，此处不再赘述。
68.根据本公开实施例所提供的一种自移动设备，该测距传感器1的旋转反射部12能够将激光收发部11发射的测距光线以不同的出射角射出，从而能够增加激光收发部11发射的测距光线的辐射范围，即增加了测距传感器1的感测区域，进而提高了扫地机器人的建立地图及导航避障的准确性。
69.本公开已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本公开限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本公开并不局限于上述实施例，根据本公开的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本公开所要求保护的范围以内。本公开的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。